Os filtros HEPA são compostos por esteiras de fibra dispostas aleatoriamente. As principais métricas que influenciam o desempenho são a densidade e o diâmetro da fibra e a espessura do filtro. O espaço aéreo entre as fibras do filtro HEPA é superior a 0,3 μm. A suposição comum de que um filtro HEPA atua como uma peneira por onde podem passar partículas menores que a maior abertura está incorreta. Quanto aos filtros de membrana, as partículas são muito grandes, tão largas quanto a abertura ou distância entre as fibras, impossibilitando a passagem entre elas. Mas os filtros HEPA são projetados para atingir contaminantes menores, e as partículas são capturadas principalmente por um dos três mecanismos (elas aderem às fibras):
As partículas interceptadoras seguem linhas de corrente onde as correntes de ar entram em um raio da fibra e aderem a ela. O empacotamento de partículas maiores não consegue evitar as fibras seguindo os contornos curvos da corrente de ar e são forçados a enterrar-se diretamente em uma delas; isso aumenta com a redução da separação das fibras e velocidades de fluxo de ar mais altas. Um mecanismo de difusão melhorado é o resultado de colisões com moléculas de gás pelas partículas mais pequenas, especialmente aquelas com diâmetro inferior a 0,1 μm, que são assim impedidas no seu caminho e atrasadas através do filtro; este comportamento é semelhante ao da Botânica da Escócia. A ação de Robert Brown também levanta a possibilidade de que as partículas passem por um de dois mecanismos; torna-se dominante em velocidades de fluxo de ar mais baixas. A difusão domina o tamanho de partícula abaixo de 0,1 μm de diâmetro. O aperto e a interceptação prevalecem acima de 0,4 μm. No meio, em torno de 0,3 μm MPPS, a difusão e a interceptação dominam.